1、. 第一屆遼寧省普通高等學校大學生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽設(shè)計方案 作品名稱 蓄勢待發(fā)（Ready to be launched） 學校名稱 遼寧工程技術(shù)大學 學生姓名 紀恩宇 學號 0309020108 學生姓名 金明昌 學號 0309010306 學生姓名 龔文棋 學號 0309120103 指導教師 鄭大為 聯(lián)系電話二OO七年四月二十日目錄第一篇 設(shè)計說明書一、設(shè)計概要二、結(jié)構(gòu)材料分析三、特色說明第二篇 方案圖一、整體布置圖二、節(jié)點分析圖三、方案效果圖第三篇 計算書一、橋梁簡圖二、結(jié)構(gòu)組成分析三、結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算分析四、結(jié)構(gòu)位移計算分析五、結(jié)構(gòu)影響線的計算分析第一篇 設(shè)計說明書

2、一、設(shè)計概要這是遼寧省第一屆大學生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽，賽事規(guī)格和學術(shù)水平均較達到一定的標準。這次競賽旨在鼓勵同學們充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，多方面培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新意識、合作精神，提高大學生的創(chuàng)新設(shè)計能力、動手實踐能力與綜合素質(zhì)，豐富校園學術(shù)氛圍，促進高校大學生相互交流與學習，培養(yǎng)科學的思維方法，嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，并且很好的將學術(shù)性與趣味性融合于一體。通過參加本次競賽，我們收獲很大，也許我們的作品并沒能作到最佳設(shè)計，但我們確實付出了自己的努力。在確定模型方案的過程中，為了使結(jié)構(gòu)在滿足承載力要求的情況下自重盡可能輕，我們采用了優(yōu)化技術(shù)，充分發(fā)揮材料的利用率。然后利用結(jié)構(gòu)力學求解器進行受力分析，并依據(jù)得

3、到的結(jié)果對結(jié)構(gòu)破壞形式進行分析，并針對對此采取一定的措施，進而使自己的方案設(shè)計趨于完美。1、方案構(gòu)思本次設(shè)計競賽給了我們一個拓展自己創(chuàng)新能力的空間和平臺，在方案構(gòu)思與模型制作過程中，我們深深體會到了一個美的創(chuàng)造者與追求者的收獲與自豪。從美學角度來說，橋梁在滿足功能要求的前提下，要選用最佳的結(jié)構(gòu)型式純正、清爽、穩(wěn)定。質(zhì)量統(tǒng)一于美，美從屬質(zhì)量。美，主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)選型和諧與良好的比例，并具有秩序感和韻律感，過多的重復會導致單調(diào)。重視與環(huán)境協(xié)調(diào)，材料的選擇，表面的質(zhì)感，特別色彩的運用起著重要作用。模型檢試有助于實感判斷，審視陰影效果。美麗的橋梁應以其個性對人們產(chǎn)生積極的影響。美和倫理本是相通的，美的環(huán)

4、境將直接陶冶人們的情操，大自然的美，人為環(huán)境的美，對人們身心健康是必需的。我們將在今年完成大學本科的學業(yè)，走向工作崗位，經(jīng)過大學四年的學習生活，我們基本達到了本專業(yè)的本科教學要求，現(xiàn)在就象是一蓄勢待發(fā)的弓箭，滿懷信心和抱負，想要在本行業(yè)的相關(guān)領(lǐng)域取得相應的成就。這次遼寧省首屆結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽是一場及時雨，又一次給了我們施展才華的舞臺，讓我們能夠更好的把本科階段所學的專業(yè)知識應用于實踐。所以本次競賽我們作了充分的準備工作，準備在競賽階段取得好成績。為了體現(xiàn)我們現(xiàn)在的心情，我們將此橋命名為“Ready to be launched”。2、方案的布局與功能張弦梁結(jié)構(gòu)最早是由日本大學M.Saitoh教授提

5、出，是一種區(qū)別于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的新型雜交結(jié)構(gòu)體系。張弦梁結(jié)構(gòu)是一種由剛性構(gòu)件上弦、柔性拉索、中間連以撐桿形成的混合結(jié)構(gòu)體系，其結(jié)構(gòu)組成是一種新型自平衡體系，是一種大跨度預應力空間結(jié)構(gòu)體系，也是混合結(jié)構(gòu)體系發(fā)展中的一個比較成功的創(chuàng)造。張弦梁結(jié)構(gòu)體系簡單、受力明確、結(jié)構(gòu)形式多樣、充分發(fā)揮了剛?cè)醿煞N材料的優(yōu)勢，因此具有良好的應用前景。張弦梁結(jié)構(gòu)的受力機理為通過在下弦拉索中施加預應力使上弦壓彎構(gòu)件產(chǎn)生反撓度，結(jié)構(gòu)在荷載作用下的最終撓度得以減少，而撐桿對上弦的壓彎構(gòu)件提供彈性支撐，改善結(jié)構(gòu)的受力性能?！癛eady to be launched”橋的上弦的壓彎構(gòu)件采用拱梁，在荷載作用下拱的水平推力由下弦的抗拉構(gòu)

6、件-繩來承受，減輕拱對支座產(chǎn)生的負擔，減少滑動支座的水平位移。由此可見，張弦梁結(jié)構(gòu)可充分發(fā)揮高強索的強抗拉性能改善整體結(jié)構(gòu)受力性能，使壓彎構(gòu)件和抗拉構(gòu)件取長補短，協(xié)同工作，達到自平衡，充分發(fā)揮了每種結(jié)構(gòu)材料的作用。二、結(jié)構(gòu)、材料分析1、結(jié)構(gòu)分析：張弦梁結(jié)構(gòu)在充分發(fā)揮索的受拉性能的同時，由于具有抗壓抗彎能力的拱而使體系的剛度和穩(wěn)定性大為加強，并且由于張弦梁結(jié)構(gòu)是一種自平衡體系，使得支撐結(jié)構(gòu)的受力大為減少。如果在模型制作過程中采用適當?shù)姆椒ǚ旨壥┘宇A拉力和分級加載，將有可能使得張弦梁結(jié)構(gòu)對支撐結(jié)構(gòu)的作用力減少到最小限度。張弦梁結(jié)構(gòu)是現(xiàn)在比較新穎的結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)由剛度較大的抗彎構(gòu)件（又稱剛性構(gòu)件，我

7、們用的是梁）和高強度的弦（又稱柔性構(gòu)件，我們用繩代替索）以及連接兩者的撐桿組成;通過對柔性構(gòu)件施加拉力，使相互連接的構(gòu)件成為具有整體剛度的結(jié)構(gòu)。為減少材料用量和加強結(jié)構(gòu)的整體性，我們采用圖示梁的分布形式：2、材料分析：其中上弦桿采用白卡紙卷成的空心桿，拉索采用臘繩，中間連接構(gòu)件也采用白卡紙卷成的空心桿。（1）、（2）作為一個整體，采用109430mm2白卡紙卷成空心桿；（5）采用兩張25020 mm2白卡紙，卷成空心桿，也在下端挖槽（繩綁扎點）；（3）、（4）是受拉體系，采用臘繩代替，以充分發(fā)揮其抗拉性能，和抗彎性能極大的上弦桿通過豎桿連結(jié)，形成整體剛度較強的張弦梁結(jié)構(gòu)。三、特色說明張弦梁結(jié)構(gòu)

8、的整體剛度來自抗彎構(gòu)件截面和與拉索構(gòu)成的幾何形體兩個方面，是種介于剛性結(jié)構(gòu)和柔性結(jié)構(gòu)之間的半剛性結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有以下特征：（1）承載能力高張弦梁結(jié)構(gòu)中索內(nèi)施加的預應力可以控制剛性構(gòu)件的彎矩大小和分布。例如，我們的模型的剛性構(gòu)件為梁，在梁跨1/2處設(shè)兩個撐桿，然后這兩個撐桿之間用一根橫桿連接，以達到穩(wěn)定的效果，撐桿下端與梁的兩端均與索連接，在集中荷載作用下，單純梁內(nèi)彎矩; 在索內(nèi)施加預應力后，通過支座和撐桿，索力將在梁內(nèi)引起負彎矩。（2）使用荷載作用下的變形小張弦梁結(jié)構(gòu)中的剛性構(gòu)件與索形成整體剛度后，這一空間受力結(jié)構(gòu)的剛度就遠遠大于單純剛性構(gòu)件的剛度，在同樣的使用荷載作用下，張弦梁結(jié)構(gòu)的變形比

9、單純剛性構(gòu)件小得多，主要由于此結(jié)構(gòu)具有自平衡功能。當剛性構(gòu)件為拱時，將在支座處產(chǎn)生很大的水平推力。索的引入可以平衡側(cè)向力，從而減少對下部結(jié)構(gòu)抗側(cè)性能的要求，并使支座受力明確，易于設(shè)計與制作。（3）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強張弦梁結(jié)構(gòu)在保證充分發(fā)揮索的抗拉性能的同時，由于引進了具有抗壓和抗彎能力的剛性構(gòu)件而使體系的剛度和形狀穩(wěn)定性大為增強。同時，若適當調(diào)整索、撐桿和剛性構(gòu)件的相對位置，可保證張弦梁結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。（4）建筑造型適應性強張弦梁結(jié)構(gòu)中剛性構(gòu)件的外形可以根據(jù)建筑功能和美觀要求進行自由選擇，而結(jié)構(gòu)的受力特性不會受到影響。張弦梁結(jié)構(gòu)的建筑造型和結(jié)構(gòu)布置能夠完美結(jié)合，使之適用于各種功能的大跨空間結(jié)構(gòu)。（5

10、）建筑經(jīng)濟張弦梁結(jié)構(gòu)布置簡單，只有梁和索兩種構(gòu)件，結(jié)構(gòu)用材少，達到經(jīng)濟的效果。第二篇 方案圖一、整體布置圖：二、結(jié)點構(gòu)件詳圖：跨中結(jié)點：支座結(jié)點的綁扎：下弦跨中結(jié)點：三、 方案效果圖：第三篇 計算書一、橋梁簡圖：1、小車作用在整個結(jié)構(gòu)跨中時：2、小車作用在第一跨跨中時：二、結(jié)構(gòu)組成分析：不必考慮大地及其支座剛片 1 由以下桿件構(gòu)成：(1) (2) 由二元體規(guī)則,將桿件(3) (4) 加入到剛片 1剛片 1 由以下桿件構(gòu)成：(1) (2) (3) (4) (5) 結(jié)論:此結(jié)構(gòu)為有多余約束的幾何不變體系,結(jié)構(gòu)多余約束數(shù):1 ,自由度數(shù):0三、結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算分析：1、當小車作用在整個結(jié)構(gòu)跨中時，其結(jié)構(gòu)

11、內(nèi)力分布如下表：桿端內(nèi)力值 ( 乘子 = 1) 桿端 1 桿端 2 單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸力 剪力 彎矩 1 -2.79658969 -0.63603053 0.00000000 -2.79658969 -1.63603053 -402.608699 2 -2.79658969 1.63603053 -402.608699 -2.79658969 0.63603053 0.00000000 3 3.23998608 0.00000000 -0.00000000 3.23998608 0.00000000 0.00000000 4 3.23998608 0.00000000 0.00000

12、000 3.23998608 0.00000000 0.000000005 -3.27206106 -0.00000000 0.00000000 -3.27206106 -0.00000000 -0.00000000其彎矩圖如下：跨中最大彎矩是M3=482.61KNmMMAX綜上，結(jié)構(gòu)承載力滿足要求。2、當小車作用在第一跨跨中時，其結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布如下表：桿端內(nèi)力值 ( 乘子 = 1) 桿端 1 桿端 2 單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸力 剪力 彎矩 1 -2.27492095 0.16915045 0.00000000 -2.27492095 -1.83084955 -454.474702 2 -

13、2.27492095 0.83084955 -454.474702 -2.27492095 0.83084955 0.00000000 3 2.63560730 0.00000000 0.00000000 2.63560730 0.00000000 -0.00000000 4 2.63560730 0.00000000 -0.00000000 2.63560730 0.00000000 0.00000000 5 -2.66169910 -0.00000000 0.00000000 -2.66169910 -0.00000000 -0.00000000其彎矩圖如下：跨中最大彎矩是M3=454.4

14、7KNmMMAX綜上，結(jié)構(gòu)承載能力滿足要求。四、結(jié)構(gòu)位移計算分析：1、當小車作用在跨中時，其結(jié)構(gòu)位移如下表：桿端位移值 ( 乘子 = 1) 桿端 1 桿端 2 單元碼 u -水平位移 v -豎直位移 -轉(zhuǎn)角 u -水平位移 v -豎直位移 -轉(zhuǎn)角 1 0.00000000 0.00000000 0.17044039 -0.01369920 52.5868686 -0.00000000 2 -0.01369920 52.5868686 -0.00000000 -0.02739839 0.00000000 -0.17044039 3 -0.01369920 52.6915745 -1.498939

15、36 0.00000000 0.00000000 1.66969205 4 -0.02739839 0.00000000 -1.66969205 -0.01369920 52.6915745 1.49893936 5 -0.01369920 52.5868686 -0.00000000 -0.01369920 52.6915745 -0.00000000其中位移圖：結(jié)構(gòu)最大豎向位移發(fā)生在（3）結(jié)點跨中，V=52.69VMAX結(jié)構(gòu)最大轉(zhuǎn)角位移發(fā)生4結(jié)點，=1.670，滿足要求。2、當小車作用在第二跨跨中時，其結(jié)構(gòu)位移如下表：桿端位移值 ( 乘子 = 1) 桿端 1 桿端 2 單元碼 u -水平位

16、移 v -豎直位移 -轉(zhuǎn)角 u -水平位移 v -豎直位移 -轉(zhuǎn)角 1 0.00000000 0.00000000 0.12422289 -0.01114378 52.6175610 0.03165926 2 -0.01114378 52.6175610 0.03165926 -0.02228757 0.00000000 -0.18754140 3 -0.01114378 52.7027354 -1.49892212 0.00000000 0.00000000 1.66970928 4 -0.02228757 0.00000000 -1.66970928 -0.01114378 52.7027

17、354 1.49892212 5 -0.01114378 52.6175610 -0.00000000 -0.01114378 52.7027354 -0.00000000其中位移圖：結(jié)構(gòu)最大豎向位移發(fā)生在（3）單元跨中，V=52.69VMAX結(jié)構(gòu)最大轉(zhuǎn)角位移發(fā)生4結(jié)點，=1.670，滿足要求。五、結(jié)構(gòu)影響線的計算分析：1、（2）單元距離桿端1 1/10的截面的影響線圖：2、（2）單元距離桿端1 1/10的截面的影響線數(shù)據(jù)：單位荷載方向 = 向下影響線性質(zhì)： 單元 = 2 截面 = 0.1000 內(nèi)力 = 彎矩(M)桿端虛位移值 ( 乘子 = 1) 桿端 1 桿端 2 單元碼 u -水平位移

18、v -豎直位移 -轉(zhuǎn)角 u -水平位移 v -豎直位移 -轉(zhuǎn)角 1 0.00000000 0.00000000 -0.22429513 0.02140101 0.25704217 0.45000000 2 0.02140101 0.25704217 0.45000000 0.04280202 0.00000000 0.12429513 3 0.02140101 0.09346958 0.00014436 0.00000000 0.00000000 0.00014436 4 0.04280202 0.00000000 -0.00014436 0.02140101 0.09346958 -0.00014436 5 0.02140101 0.25704217 -0.00000000 0.02140101 0.09346958 -0.000000003、（2）單元距離桿端1 9/10的截面的影響線圖：4、（2）單元距離桿端1 9/10的截面的影響線數(shù)據(jù)：單位荷載方向 = 向下影響線性質(zhì)： 單元 = 2 截面 = 0.9000 內(nèi)力 = 彎矩(M)桿端虛位移值 ( 乘子 = 1) 桿端 1 桿端 2 單元碼 u -水平位移 v -豎直位移 -轉(zhuǎn)角 u -水平位移 v -豎直位移 -轉(zhuǎn)角 1 0.00000000 0.00000000 -0.02492168 0.00237789